Расплетая радугу. Наука, заблуждения и потребность изумляться - Ричард Докинз

Вычислительные уловки, которыми пользуется головной мозг для создания трехмерной модели на основе двумерных изображений, поразительно сложны и служат источником для, пожалуй, самых впечатляющих иллюзий из всех. История этих иллюзий восходит к открытию, которое венгерский психолог Бела Юлес сделал в 1959 году. В обычном стереоскопе левому и правому глазу показывают одинаковые фотографии, но снятые под должным образом подобранными различными углами. Мозг сопоставляет эти фото и видит поразительно объемную картину. У Юлеса стереоскоп был устроен так же, но только изображения представляли собой хаотичное месиво из черных и белых точек. Левому и правому глазу демонстрировались два идентичных абстрактных узора, имеющих одно принципиальное различие. В одном из типичных для Юлеса экспериментов на некоем — допустим, квадратном — участке какого-то из двух изображений все случайно разбросанные точки были смещены в одну сторону, на расстояние, необходимое для создания стереоскопической иллюзии. И мозг видит эту иллюзию: квадратный участок выступает из общего фона, несмотря на то что ни на одной из двух картинок нет ни малейшего намека на квадрат. Квадрат присутствует только в различии между ними. Он выглядит вполне реальным для наблюдателя и, однако же, не существует нигде, кроме его мозга. Принцип действия столь популярных в наши дни картинок «Волшебный глаз» основан на эффекте Юлеса. Стивен Пинкер с виртуозностью человека, обладающего подлинным талантом великолепно объяснять, посвятил этому принципу небольшой раздел своей книги «Как работает мозг» (1998 г.). Не буду и пытаться превзойти его.

Существует простой способ показать, что головной мозг действует как замысловатый компьютер, создающий виртуальную реальность. Сперва оглядитесь вокруг, поводя глазами. По мере того как вы это делаете, изображения на ваших сетчатках скачут, будто вы оказались свидетелем землетрясения. Но вам окружающая вас картина кажется незыблемой как скала. Я веду, разумеется, к тому, что виртуальная модель мира, существующая в вашем мозге, запрограммирована оставаться незыблемой. Однако это еще не все, что можно почерпнуть из данного примера, ибо есть и другой способ заставить изображение на сетчатке двигаться. Тихонько надавите на свое глазное яблоко через веко. Спроецированная на сетчатку картинка смещается примерно так же, как и в предыдущем случае. И в самом деле, если достаточно потренироваться с пальцем, можно научиться менять направление своего взгляда таким способом. Но теперь вы и вправду видите, будто вся земля ходит ходуном. Окружающая вас картина движется, как при землетрясении.

В чем же разница между этими двумя случаями? В том, что ваш мозговой компьютер настроен на то, чтобы учитывать обычные движения глаз, и он принимает их в расчет, когда производит вычисления для конструируемой им модели мира. Модель эта, очевидно, получает информацию не только от глаз, но и из сообщаемых глазам инструкций. Всякий раз, когда мозг направляет глазным мышцам приказ повернуть глазное яблоко, копия этого приказа пересылается в ту область мозга, которая проектирует модель внешнего мира для своего внутреннего пользования. Таким образом, когда глаза двигаются, программное обеспечение вашего мозга, занимающееся созданием виртуальной реальности, оказывается предупреждено об этом строго определенном движении, ожидает его и компенсирует. Поэтому имеющаяся у нас в голове модель мира видится нам по-прежнему неподвижной, хоть теперь мы, возможно, смотрим на нее под другим углом. Если же вдруг земля вокруг нас начинает двигаться без предупреждения, наша виртуальная модель двигается вместе с ней. И поскольку землетрясения на самом деле случаются, устроено это великолепно, если не считать тех случаев, когда вы обманываете систему, надавливая себе на глазное яблоко.

Еще один, последний, пример с использованием самих себя в качестве подопытных кроликов: повертитесь на одном месте, чтобы испытать легкое головокружение. А теперь остановитесь и посмотрите прямо перед собой. Вам будет казаться, будто мир вращается вокруг вас, хоть разумом вы и прекрасно осознаете, что, вопреки этому вращению, все остается на своих местах. Изображения на вашей сетчатке не двигаются, но находящиеся в ваших ушах датчики ускорения (принцип работы которых заключается в улавливании колебаний жидкости внутри так называемых полукружных каналов) сообщают головному мозгу, что вы крутитесь. Мозг, в свою очередь, дает программному обеспечению, занимающемуся созданием виртуальной реальности, указание исходить из того, что видимый мир должен вращаться. Таким образом, когда изображения на сетчатке перестают вращаться, наша виртуальная модель замечает противоречие и поворачивается в противоположном направлении. Если выражаться образно, программное обеспечение виртуальной реальности говорит самому себе: «Из донесений, поступающих от ушей, я знаю, что кручусь. Следовательно, для того чтобы модель мира продолжала выглядеть неподвижной, необходимо задать ей верчение в противоположную сторону, в соответствии с данными, посылаемыми от глаз». Однако на самом-то деле сетчатка наших глаз никакого вращения не регистрирует, а значит, то, что мы, как нам кажется, видим, — это компенсаторное вращение модели в нашей голове. В понятиях, используемых Барлоу, оно — неожиданность, «новость». Поэтому-то мы ее и замечаем.

У птиц имеется дополнительная проблема, от которой люди, как правило, избавлены. Птицу, сидящую на ветке, постоянно раскачивает вверх и вниз, вперед и назад. Соответствующая болтанка происходит и с изображениями на ее сетчатке. Это все равно что жить при непрекращающемся землетрясении. Птицы удерживают свою голову, а следовательно, и свою картину мира в устойчивом положении благодаря усердной работе шейных мышц. Если птицу, сидящую на колеблемой ветром ветке, заснять на пленку, то при просмотре едва не возникает впечатление, будто голова птицы приклеена к фону, а мышцы шеи используют эту голову в качестве точки опоры, чтобы раскачивать все остальное. Когда птица ходит по земле, она, ради придания устойчивости своей картине мира, прибегает к той же самой уловке. Вот почему гуляющие цыплята совершают отрывистые движения головой то вперед, то назад, что нам может казаться комичным. В действительности же это весьма умно. По мере того как все тело птицы продвигается вперед, шея точно и аккуратно отводит голову назад, так что попадающие на сетчатку изображения остаются неподвижными. Затем голова выбрасывается вперед, что позволяет начать весь цикл заново. Невольно задаюсь вопросом: не может ли у этого птичьего подхода к проблеме быть одно нежелательное следствие — неспособность птицы увидеть настоящее землетрясение, проявления которого будут компенсироваться работой шейных мускулов? Если перейти на более серьезный тон, то можно сказать, что птица использует мышцы своей шеи для упражнения, созвучного идеям Барлоу: все, что в окружающем мире не заслуживает внимания, принимается за константу, так что на передний план выступают только подлинно движущиеся объекты.

Судя по всему, подобные навыки по поддержанию постоянства своего видимого мира есть также у насекомых и у многих других животных. Экспериментаторы продемонстрировали это при помощи так называемого оптомоторного аппарата: насекомое помещают на столик и окружают полым цилиндром с вертикальными полосами на внутренней поверхности. Теперь, если вы станете вращать цилиндр, насекомое, перебирая ногами, будет активно поворачиваться вместе с ним. Оно прилагает усилия к тому, чтобы видимый им мир оставался неизменным.